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Verfahren zur Erzeugung eines Taktvielfaches
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung einer Vielzahl
von Takten, im folgenden Taktvielfach genannt, wobei dieses Taktvielfach frequenz-
und phasengleich ist zu einem vorgegebenen, an räumlich entfernter Stelle erzeugten
Taktvielfach, dessen Takte vom Takt eines einzigen Taktgenerators abgeleitet werden
und zueinander in einer festen definierten Phasenbeziehung stehen.
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Taktvielfache der genannten Art finden beispielsweise im Bereich der
Datenübertragung Verwendung. Dies ist in Fig.1 für den Fall eines Datenübertragungsnetzes
gezeigt, welches aus einer Zentrale Z und fünf Außenstationen AS1..,ASS, auch Trabantenstationen
genannt, aufgebaut ist. Bei einem derartigen sternförmig aufgebauten Netz erfolgt
die Datenübertragung im allgemeinen im Duplexverkehr zwischen der Zentrale und der
betreffenden Trabantenstation, wobei jeder Datenübertragungsstrecke eine bestimmte
Übertragungsgeschwindigkeit zugeordnet ist. Jede Datenübertragungsstrecke besteht
aus einer zentralseitigen Datenübertragungseinrichtung (A, ...E), einer Übertragungsleitung
und einer entsprechenden Datenübertragungseinrichtung (A', ...E') der betreffenden
Trabantenstation.
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Die Datenübertragungseinrichtungen können beispielsweise Modems oder
Basisbandgeräte sein und die Übertragungsleitungen durch Fernsprechleitungen gebildet
werden. Jede zentralseitige Datenübertragungseinrichtung bezieht ihren betreffenden,
die Übertragungsgeschwindigkeit bestimmenden Takt von einem Taktviel fach, welches
von der zentralen Taktversorgung T bereitgestellt wird.
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Die in Fig.1 der Zentrale Z zugeordnete Einrichtung M, kann eine Zeitmultiplex-Einrichtung
sein, welche die Aufgabe hat, im Taktraster des von der zentralen Taktversorgung
gelieferten Taktvielfaches die von den Datenübertragungseinrichtungen A...E gelieferten
Daten zu bündeln und abzugeben sowie zugeführte gebündelte Daten aufzufächern und
den Datenübertragungseinrichtungen
... .E für die Übertragung zu
den Trabantenstationen bereitzustellen. Zu dieser Aufgabe muß dem Gerät M ein Taktvielfach
zur Verfügung stehen, welches dem der zentralen Taktversorgung T frequenz- und phasengleich
ist.
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In der Praxis bilden die in Fig.1 angeführten Geräte der Zentrale,
die zentrale Taktversorgung T, das Gerät M sowie die Datenübertragungseinrichtungen
A...E nicht unbedingt eine räumliche Einheit, sondern können je nach den örtlichen
Gegebenheiten voneinander entfernt angeordnet sein.
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So können diese Geräte innerhalb einer großen Halle oder auf mehrere
Stockwerke eines Gebäudes verteilt angeordnet sein, so daß maximale Entfernungen
zwischen den einzelnen Geräten von ca. 100 m durchaus realistisch sind. Wegen dieser
Entfernungen ist es aus übertragungstechnischen Gründen zweckmäßig, die Takte zwischen
der zentralen Taktversorgung T und den Datenübertragungseinrichtungen ... . E mittels
erdsymmetrischer Doppelleitungen zu übertragen.
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Da für das Gerät M ein dem Taktvielfach der zentralen Taktversorgung
T frequenz- und phasengleiches Taktvielfach benötigt wird, ist es zunächst naheliegend,
die benötigten Takte ebenfalls über erdsymmetrische Doppelleitungen von der zentralen
Taktversorgung T zum Gerät M zu übertragen.
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In Fig.2 ist ein derartiges Verfahren für ein Netz mit einer Anzahl
N Trabantenstationen angedeutet. Die Übertragung der Takte erfolgt dabei von der
zentralen Taktversorgung T über die Taktleitungen TA...TN zur jeweiligen Datenübertragungseinrichtung
A...N und über die Taktleitungen TA'...TN' zum Gerät M. Für jede dieser Taktleitungen
wird je ein Taktsender und -empfänger benötigt, wobei ersterer eine Umsetzung vom
geräteseitigen Taktpegel in den leitungsseitigen erdsymmetrischen Taktpegel und
letzterer eine entsprechende Rückumsetzung bewirkt. Die Datenübertragung zwischen
dem Gerät M und den Datenübertragungseinrichtungen ... .N erfolgt über die Datenleitungen
DA...DN. An beiden Enden dieser Datenleitungen stehen die zur Übergabe oder Übernahme
der Datensignale benötigten zueinander frequenz- und phasengleichen
Taktvielfache
zur Verfügung.
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Das geschilderte Verfahren weist den Nachteil auf, daß abhängig von
der Anzahl N der Trabantenstationen viele Taktleitungen zwischen der zentralen Taktversorgung
T und dem Gerät M notwendig sind. Ein weiterer Nachteil ist, daß für jede dieser
Taktleitungen ein gesonderter Taktempfänger E im Gerät M benötigt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erzeugung
eines Taktvielfaches anzugeben, welches frequenz-und phasengleich ist zu einem vorgegebenen,
an räumlich entfernter Stelle erzeugten Taktvielfach, dessen Takte vom Takt eines
einzigen Taktgenerators abgeleitet werden und zueinander in einer festen definierten
Phasenbeziehung stehen.
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Die Zahl der benötigten Taktleitungen zwischen den beiden Stellen,
an denen die Taktvielfache erzeugt werden, soll dabei möglichst klein sein.
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Diese Aufgabe wird mittels eines ersten Frequenzteilers zur Erzeugung
des vorgegebenen Taktvielfaches erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein zweiter
Frequenzteiler vorgesehen ist, der einen mit dem Takt am Eingang des ersten Frequenzteilers
nach Frequenz und Phase übereinstimmenden Takt zugeführt erhält und daß abhängig
von einer Stellung des ersten Frequenzteilers dem zweiten Frequenzteiler Synchronisierinformation
zugeführt wird, welche bei diesem Jeweils die entsprechende Stellung erzwingt.
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Im folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels
näher beschrieben und erläutert werden.
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Es zeigen: Fig.3 die prinzipielle Anordnung des Ausführungsbeispiels
für eine Zentrale Z für fünf Trabantenstationen, Fig.4 das Zeitdiagramm zur Erläuterung
der Wirkungsweise des Ausführungsbeispiels nach Fig.3.
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Im Ausführungsbeispiel nach Fig.3 wird das in der zentralen Taktversorgung
T vorgegebene Taktvielfach mittels des vorn Taktgenerator G angesteuerten Frequenzteilers
FT1 gebildet.
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Je nach den Werten der Takt frequenzen des vorgegebenen Taktvielfaches
besteht dieser Frequenzteiler aus mehreren Zweigen, wobei jeder Zweig als Binärteiler
aufgebaut ist. Im Ausführungsbeispiel nach Fig.3 wird von einem vorgegebenen Taktvielfach
ausgegangen, dessen Takte die Frequenzen 3000 Hz, 2400 Hz, 1500 Hz, 1200 Hz und
600 Hz aufweisen. Zur Erzeugung dieses Taktvielfaches ist der Frequenzteiler PT1
aus zwei Zweigen Z1 und Z2 aufgebaut, wobei jeder Zweig vom Takt To des Taktgenerators
G angesteuert wird. Die Frequenz des Taktes To ergibt sich aus dem kleinsten gemeinsamen
Vielfachen sämtlicher benötigten Frequenzen zu 12 kHz. Der Zweig Z1 ist für die
Teilerverhältnisse 4 und 8 ausgelegt und liefert die Takte Ta und Tb mit den Frequenzen
3000 Hz bzw.
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1500 Hz. Der Zweig Z2 weist die Teilerverhältnisse 5, 10 und 20 auf
und liefert die Takte Tc, Td und Te mit den Frequenzen 2400 Hz, 1200 Hz bzw. 00
Hz. Die feste definierte Phasenbeziehung zwischen den Takten eines Zweiges ergibt
sich aus dem Verhalten eines Binärteilers, wonach jeder Wechsel am Ausgang einer
Teilerstufe von einem bestimmten Binärzustand in den anderen Binärzustand einen
Zustandswechsel am Ausgang der folgenden Teilerstufe bewirkt. Die Phasenzuordnung
zwischen den Takten beider Zweige ergibt sich aus der Periodendauer des Frequenzteilers.
Unter Periodendauer des Frequenzteilers wird hier diejenige Zeitspanne verstanden,
die sich ergibt, wenn sich eine bestimmte Stellung des Frequenzteilers FT1, beispielsweise
die*Anfangsstellung wiederholt, in der sich beide Zweige Z1 und Z2 in ihrer Anfangsstellung
befinden. Diese Periodendauer ergibt sich aus dem reziproken Wert von derjenigen
Frequenz, welche gleich dem größten gemeinsamen Teiler sämtlicher im Taktvielfach
enthaltenen Frequenzen ist. Bei den genannten Werten des vorgegebenen Taktvielfaches
beträgt diese Frequenz 300 Hz. Der dieser Periodendauer entsprechende Takt Tp ist
am Ausgang des zusätzlichen Frequenzteilers FT12
abnehmbar. Dieser
Frequenzteiler weist das Teilerverhältnis 2 auf und wird vom Takt Te angesteuert.
Die Verbindungsleitung vom Ausgang des Frequenzteilers FT1' zum Zweig Z1 gewährleistet
die geforderte Phasenlage dieses Zweiges zum Zweig Z2.
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Damit das dem vorgegebenen Taktvielfach entsprechende Taktvielfach
auch im räumlich entfernt angeordneten als Multiplexer ausgebildeten Gerät M verfügbar
ist, ist in diesem Gerät M ein Frequenzteiler FT2 vorgesehen, der wie der Frequenzteiler
FT1 der zentralen Taktversorgung T aufgebaut ist. Über die Leitung TO wird der Taktleitung
des Frequenzteilers FT2 der Takt To des Taktgenerators G zugeführt. Die bei der
Übertragung der Taktsignale auftretenden Verzerrungen und Laufzeiten können bei
den in der Datenübertragung üblichen Taktfrequenzen und den zwischen der zentralen
Taktversorgung T und dem Gerät M herrschenden Entfernungen vernachlässigt werden.
Der Takt Tp, welcher am Ausgang des Frequenzteilers FT1' abnehmbar ist, wird über
die Leitung TP ebenfalls zum Gerät M übertragen, wo er der Impulsformerscnaltung
J zugeführt wird. Die Leitungen T0 und TP sind als erdsymmetrische Doppelleitungen
ausgeführt. Für jede der beiden Leitungen TO und TP wird daher zur Taktpegelumsetzung
am sendeseitigen Leitungsende ein entsprechender Takt sender und am empfangsseitigen
Leitungsende ein entsprechender TaktempPänger benötigt. Die Arbeitsweise der Impulsformerschaltung
J ist im Zeitdiagramm Fig.4 näher erläutert. Bei jedem Wechsel vom H- in den L-Zustand
des Taktes Tp (Llow, hier die Spannung O V; H I high, positive Spannung) wird am
Ausgang dieser Impulsformerschaltung J ein kurzer Impuls Si, im folgenden Synchronisierimpuls
genannt, ausgelöst.
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Dieser Synchronisierimpuls bildet bei diesem Ausführungsbeispiel die
Synchronisierinformation. Während des Auftretens dieser Impulse befinden sich die
Frequenzteiler FT1 und Fit1' in ihrer Anfangsstellung. Bei dieser Anfangsstellung
weisen sämtliche Taktausgänge dieser Frequenzteiler den L-Zustand auf. Von den Takten
des Frequenzteilers FT1 sind in Fig.4 nur die Takte Td und Te dargestellt. Die Zeile
Si
in Fig.4 zeigt die am Ausgang der Impulsformerschaltung J herrschenden Synchronisierimpulse
Si. Die Länge eines dieser Impulse Si muß kürzer sein als die Dauer der Anfangsstellung
des Frequenzteilers FT1, wobei diese Dauer gleich ist der Periodendauer des Taktes
To.
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Die am Ausgang der Impulsformerschaltung J auftretenden Synchronisierimpulse
Si werden der Rückstelleitung RS des zweiten Frequenzteilers FT2 zugeführt. Durch
diese Maßnahme wird erreicht, daß zwischen den beiden Frequenzteilern FT1 und FT2
stets Phasengleichheit besteht. Tritt beispielsweise durch eine auf den Frequenzteiler
FT2 eingewirkte Störung eine Phasenungleichheit zwischen den beiden rrequenzteilern
FT1 und FT2 auf, so wird durch den nächsten Synchronisierimpuls Si eine Rückstellung
des Frequenzteilers FT2 in die Anfangsstellung erzwungen und damit wieder Phasengleichheit
hergestellt. Damit ist jeder am betreffenden Ausgang des Frequenzteilers FT2 auftretende
Takt des gewünschten Taktvielfaches frequenz-und phasengleich zu dem am zugeordneten
Ausgang des ersten Frequenzteilers FT1 auftretenden Takt des vorgegebenen Taktvielfaches,
oder kurz ausgedrückt, beide Taktvielfache sind zueinander frequenz- und phasengleich.
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Wegen des geringen schaltungstechnischen Aufwandes ist es vorteilhaft,
die Gleichschaltung der Phase des Frequenz teilers FT2 bei der Anfangsstellung des
Frequenzteilers FT1 durchzuführen. Um diese Gleichschaltung einwandfrei durchzuführen,
muß die Folgefrequenz der Synchronisierimpulse Si gleich dem reziproken Wert der
Periodendauer des Frequenzteilers FT1 sein. Es ist jedoch auch möglich, Synchronisierimpulse
zu verwenden, deren Folgefrequenz ein ganzer Teil dieses Wertes ist.
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Im Ausführungsbeispiel nach Fig.3 ist der Takt Tp, dessen Frequenz
gleich dem reziproken Wert der Periodendauer des Frequenzteilers FT1 ist, nicht
im vorgegebenen Taktvielfach enthalten. Es ist daher der zusätzliche Frequenzteiler
FT1' vorgesehen, welcher den Takt Tp durch Teilung eines
im vorgegebenen
Taktvielfach enthaltenen Taktes gewinnt, zweckmäßigerweise des Taktes mit der nächst
-höheren Frequenz. Ist der Takt Tp bereits im vorgegebenen Taktvielfach vorhanden
und sollen die Synchronisierimpulse Si aus diesem Takt und nicht aus einem ganzen
Teil der Frequenz dieses Taktes gewonnen werden, so ist kein zusätzlicher Frequenzteiler
FT1' nötig. Ist der Frequenzteiler FT1 bei entsprechender Frequenzverteilung des
vorgegebenen Taktvielfaches mit nur einem einzigen Zweig aufgebaut, beispielsweise
einem im Dual code arbeitenden Binärzähler, so ist der Takt am Ausgang der letzten
Stufe identisch mit dem Takt Tp. Die Synchronisierimpulse Si können daher aus dem
am Ausgang dieser letzten Stufe auftretenden Takt gewonnen werden.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Takt
To nicht von der zentralen Taktversorgung zum Gerät M übertragen, sondern im Gerät
M selbst erzeugt.
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Dies geschieht mit einem Taktgenerator G' sehr hoher Frequenz und
einem nachgeschalteten Frequenzteiler FT'. Am Ausgang dieses Frequenzteilers tritt
eine Taktfrequenz auf, welche möglichst gleich ist der Frequenz des Taktes To.
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Mittels der dem Rückstelleingang des Frequenzteilers FT' zugeführten
Synchronisierimpulse Si', welche von den Synchronisierimpulsen Si abgeleitet werden
und welche kürzer sind als die Periodendauer der Frequenz des Taktgenerators G',wird
der Frequenzteiler FT' jeweils in seine Anfangsstellung gesetzt. Durch diese Maßnahme
wird erreicht, daß am Ausgang des Frequenzteilers FT' für den Takteingang des Frequenzteilers
FT2 ein Takt zur Verfügung steht, der in Frequenz und Phase mit genügender Genauigkeit
dem Takt To entspricht. Dieses Ausführungsbeispiel hat den Vorteil, daß auf die
Leitung T0 verzichtet werden kann.